国内全髋关节置换磨损测试及数值模拟研究进展

髋关节假体磨损及磨损颗粒所导致的无菌性松动是髋关节置换失败的重要原因. 本文作者对国内髋关节磨损研究时采用的运动学与力学曲线以及针对国人测绘的相应曲线进行了差异性分析,并对国内发表的全髋关节磨损体外模拟机测试试验及结果,数值模拟模型及结果进行了总结、对比和分析. 结果显示:1) 国人测绘的运动学与力学曲线不能直接用于全髋关节磨损评估的加载条件,国内关节力的测量方法仍有待进一步改进;2) 国内体外磨损测试的研究结论与国外发表的结论相似,但不同机构间的测试结果存在一定差异;3) 国内髋关节磨损仿真研究还处于起步阶段,仿真计算得到的磨损率普遍低于体外测试结果. 因此,建立基于国人行为力学的磨损评估标准、对磨损模型进行合理优化并采用有限元和骨肌多体动力学相耦合的分析方法对髋关节假体临床前磨损性能进行评估是未来的研究方向.      

磨粒磨损中磨粒几何外形参数的分析方法

根据Ｆｏｕｒｉｅｒ级数的频域分析方法，并且运用快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的算法，在ＩＢＭ－ＰＣ机上通过自编程序进行了不同磨粒几何外形参数的数值计算，利用这种计算方法，可以获得磨粒尖锐度、粗糙度和轮廓的角形特征等信息，是对不同磨粒外部几何形状进行比较判别的一种有效方法。     

TBM滚刀刀圈与岩石的滑动磨损实验研究

硬岩隧道掘进机(TBM)的滚刀刀圈在破岩过程中面临剧烈的磨损,对TBM的掘进效率及施工成本影响巨大。为了深入研究全断面隧道掘进机滚刀刀圈的磨损机理,本文在M-200型磨损试验机上模拟了TBM滚刀刀圈与岩石的磨损行为。基于实验数据,验证了磨粒磨损引起的磨损量与摩擦距离的线性关系,分析了岩石硬度、摩擦系数和润滑对磨粒磨损速率的影响。实验结果表明,在大载荷下,磨损形式将由单纯的磨粒磨损转化为磨粒磨损与疲劳磨损共同存在的形式,并且计算了疲劳磨损量,进而对比了磨粒磨损量与疲劳磨损量的大小。结论:硬度、摩擦系数越大,滚刀刀圈磨损越严重;润滑对降低磨损有重要作用;在大载荷作用下,磨损状态将由磨粒磨损转化为磨粒磨损和疲劳磨损共存的状态。上述研究结果可以为TBM滚刀刀圈设计及施工提供一定的参考。     

摩托车传动用滚子链磨损特性的研究

道路行驶磨损试验结果表明，摩托车传动用滚子链套筒和销轴零件的主要磨损形式是磨粒磨损，并伴随有疲劳磨损的特征．由微观分析和链条的磨损伸长量可知：套筒和销轴的初始表面硬度较高，有利于改善其磨损表面形貌状态和耐磨性；在磨粒磨损机制下，套筒和销轴零件的表面硬度较低，容易产生“犁切”，表面层的循环硬化现象比较明显，磨损严重；在油池润滑条件下，套筒和销轴零件的表面硬度较高，裂纹的扩展速率较快，循环软化现象也较明显，当表面硬度较低时发生循环硬化．循环软化与循环硬化是导致磨损严重的原因之一．     

碳化硅颗粒增强铝合金复合材料冲击磨粒磨损行为的研究

为了提示工程实际中处于动载摩擦工况下对磨件的磨损规律，利用单摆划痕法对ＳｉＣ颗粒增强的２０２４Ａｌ复合材料的冲击磨粒磨损行为进行了试验研究。结果表明，在给定的试验条件下，复合材料的抗冲击磨粒损能力比２０２４Ａｌ基体合金的好，而且是随着颗粒含量的增大而提高，颗粒尺寸越小，复合材料的抗磨粒磨损性能越好，经过热处理强化的复合材料的抗磨性比挤压状态的复合材料的好，复合材料的抗冲击磨粒磨损性能主要取决于材料     

磨粒磨损中基体表面形成复合材料层的作用机理及其影响因素的考察

在工程应用中，存在着较低硬度表面比较高硬度表面耐磨性更好的现象，为了弄清其原因，用固定磨粒和活动磨粒分别研究了磨损过程中较低硬度基体表面的强化效应，在给定的试验条件下，固定磨粒和活动磨粒都能够在试件表面形成磨粒－铁复合材料层，从而使表层材料的硬度提高、耐磨性改善，使用寿命延长，其中固定磨粒的粒度越大，越有惠于复合材料层的形成；活动磨粒造成的增重效果更加明显，而且复合材料层也比较厚。复合材料层的开成     

TZP陶瓷在水润滑下的磨损机制转变图

在ＳＲＶ磨损试验机上对ＴＺＰ陶瓷在水润滑条件下的摩擦学行为进行了试验研究。用磨损机制转变图概括了ＴＺＰ陶瓷与５２１００钢在水润滑时于不同运行条件下的磨损机制。     

离心式渣浆泵叶轮磨损规律研究

在实验室条件下对离心式渣浆泵叶轮的磨损规律进行了研究，并对泵轮叶片间流道的颗粒运动轨迹进行数值模拟。探讨了磨粒浓度、泵转速、叶片几何参数、运行时间及磨粒粒径对泵轮磨损的影响。研究表明：叶片的磨损强度与泵轮转速呈５次方关系，叶片进口角对磨损强度影响明显，出口角对磨损强度影响不大，研究结果对渣浆泵的设计具有重要的参考价值。     

O‘—Sialon—ZrO2—SiC高温干摩擦下的摩擦磨损行为

研究了Ｏ’－Ｓｉａｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ复合材料／１Ｃｒ１３钢摩擦副在６００℃不同工况条件下的摩擦磨损特性。结果表明：在６００℃干摩擦条件下,Ｏ’－Ｓｉａｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ复合材料的磨损质量损失无穷氏于１Ｃｒ１我的磨损质量损失,Ｏ’－Ｓｉａｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ复合材料／１Ｃｒ１３钢摩擦副的摩擦系数波动较大,磨损机制以粘着磨损和磨粒磨损为主。     

磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性研究

在环端面接触磨损试验机上，采用45^#钢—铜配副进行磨损试验，收集不同磨损阶段的磨屑，用光学显微镜进行统计，分析磨粒积聚与磨损表面之间的分形维数关联性．结果表明，磨粒积聚数与其粒径之间存在显著的分段分形特征，第二分形维数同试验时间具有反抛物线函数关系．对磨损表面轮廓的分形测量表明，磨损表面的分形维数变化也具有相似的反抛物线函数关系．此外，磨损表面分形维数同磨粒积聚分形维数具有很好的相关性，但二者之间在磨合前后的对应关系稍有差别；磨粒积聚第二分形维数同磨损率变化成反比．     

材料磨损研究的进展与思考

阐述了材料磨损理论和抗磨损技术研究的进展,分析了磨损损伤特征和复杂性,着重讨论了磨屑形成机制,指出疲劳机制研究具有重要意义,并就今后材料磨损研究提出了若干建议.     

二体磨料磨损犁沟及脊的三维有限元动态模拟

选用20#钢、45#钢、T8钢3种材料作为研究对象,利用三维有限元法动态模拟刚性球形磨粒在弹-线塑性平板上的压入-划动过程,所用磨粒半径为0.15mm,试样尺寸为1.2mm×1.2mm×3.0mm,划动距离1.2mm;采用ANSYS/LS-DYNA软件对每种材料在压入深度0.01～0.10mm范围内进行10次动态模拟.为验证模拟的有效性,在改装的HX-200型显微硬度计上进行单磨粒划伤试验,用OLS-1100型非接触式三维激光共聚扫描电子显微镜分析了相应的犁沟和脊.结果表明,模拟结果与试验结果相吻合,能够重现碳钢材料在磨损过程中的塑变行为,进而通过提取犁沟脊表面的节点坐标值,对材料犁沟两边塑变脊进行量化分析,得到脊形貌尺寸随磨粒压入深度、压入宽度和材料性能变化的规律,并建立了适用于碳钢系列材料塑变脊形貌与磨粒压入深度和宽度的关系曲线.     

磨损问题的仿真求解研究

利用仿真技术,以船用柴油机缸套活塞环为例,模拟其磨损过程,评判实际摩擦副的耐磨特性,为评价船用柴油机缺套－活塞环使用状况和磨损寿命提供了一种快速而经济的方法。     

凸轮机构系统磨损及可靠性寿命的数值仿真

基于离散数学理论和计算机技术提出了平底从动件凸轮机构系统磨损及可靠性寿命的数值仿真模型，引入了位置矢量和磨损步长的概念，使连续的磨损过程离散化，对凸轮的磨损寿命及其可靠度进行了预测，并对从动件的运动规律进行了动态跟踪．结果表明，复杂的磨损过程可用数值法进行模拟仿真，从而摆脱了传统的仅依赖实验的相关研究方法，通过一系列离散性准静态模型解决了经典微积分数学方法无法解决的动态和非线性磨损问题．所建立的方法具有良好的工程应用前景．     

磨料磨损工作系统与耐磨料磨损材料数据库

从非平衡系统和不可逆过程热力学出发,基于体系同周围环境的联系与交互作用,研究了磨料磨损工作系统的开放性、复杂性和远离平衡态的特征;结合负熵流分析,揭示了材料磨料磨损过程不可逆的特点、不同性质总熵变,以及磨损工作状态特征、出现耗散结构的可能性及其主要结构形式;进而构筑了磨料磨损工作系统和具有多种功能的耐磨料磨损材料数据库,并分析了其特点.结果表明,所建立的数据库具有多方位查询和选材等多种功能.     

一种搪瓷涂层的磨料磨损性能研究

利用转盘式磨料磨损试验机考察了非晶态搪瓷涂层的磨料磨损性能,并分析了磨损机理。结果表明：搪瓷涂层磨损受磨料颗粒的种类及尺寸以及滑动速度的影响,其磨损机制主要为脆性剥落;这种脆性剥落源于滑动过程中涂层磨损表面的裂纹形成及其扩展。     

非调质钢35MnVN强化状态的磨粒磨损性能研究

利用销－盘式ＭＬ－１０型磨粒磨损试验机，对非调质钢３５ＭｎＶＮ强化状态（淬火＋低温回火）的磨粒磨损性能进行了试验研究．结果表明，非调质钢３５ＭｎＶＮ强化状态的硬度虽然比调质处理的４０Ｃｒ钢和４５＃钢的都低，但因其显微组织中的沉淀相对提高耐磨性十分有益，而且晶粒细化也有利于提高耐磨性，所以在同样的试验条件下，非调质钢３５ＭｎＶＮ强化状态的耐磨粒磨损性能与４０Ｃｒ钢及４５＃钢调质处理后强化态的耐磨粒磨损性能基本相当，可以替代后二者在磨粒磨损工况下使用     

超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层复合微动磨损性能研究

采用超音速火焰喷涂技术在35钢基体表面制备了WC-CoCr涂层,利用高精度SLP-20微机控制电液伺服微动试验机研究涂层在复合微动磨损条件下的摩擦学特性,通过扫描电镜观察涂层的微动磨损形貌,探讨其复合微动磨损机理.结果表明:涂层在振幅为40μm时,F-D图由准梯形型转变为闭合的椭圆形型,微动从滑移区过渡到微滑区,振幅增大,处于滑移区的时间也随之延长;WC-CoCr涂层复合微动磨痕呈现典型的中间黏着、边缘磨损的环状磨损形貌,具有非对称性,磨损初期的滑移区以黏着磨损为主,稳定阶段微滑区的磨损机理为疲劳磨损.     

角切式破碎机破碎手机边框板刀具磨损性能的研究

采用表面形貌仪研究了角切式破碎机破碎手机边框板(废印刷电路板)动刀和静刀刃口的磨损情况.结果表明,动刀和静刀受到磨料磨损和冲击剪切破坏,其中动刀磨料磨损程度比静刀大,静刀受冲击剪切破坏比动刀大.